ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ БИОСФЕРЫ И ИХ РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Под водными ресурсами гидросферы понимают пригодные для использования в хозяйственной деятельности воды: морские, речные, озерные, подземные, почвенные, лед горных и полярных ледников, вода искусственных водоемов и вода, входящая в состав живого вещества.

Гидросфера - это прерывистая водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, континентальных вод (включая подземные) и ледяных покровов. Гидросфера - один из главных компонентов биосферы, ценнейший природный ресурс. Она объединяет все свободные воды, которые могут передвигаться под влиянием солнечной энергии и сил гравитации, переходя из одного состояния в другое. Совершая круговорот в природе, вода принимает участие в формировании поверхности Земли. Вода является наилучшим растворителем, она растворяет, разрушает и транспортирует различные вещества, способствует отложению осадочных пород и образованию почвы.

Одним из главных свойств воды как компонента эколого-географической среды, является её незаменимость. Например, из многочисленных видов минерально-сырьевых ресурсов большинство взаимозаменяемо. Каменный уголь заменяется нефтью, нефть - газом. Многие виды цветных металлов также в ряде случаев взаимозаменяемы: медь – алюминием, никель - хромом, цинк - кадмием и т.д. Вода - единственное в природе вещество, которое нельзя заменить другими веществами.

Круговорот воды увязывает воедино все части гидросферы, образуя в целом замкнутую систему: океан-атмосфера-суша. Теплоемкость воды в 3,3 тыс. раз больше теплоёмкости воздуха. Поглощая огромное количество тепловой энергии и медленно её отдавая, вода служит регулятором климатических процессов глобального масштаба. Водяной пар, находящийся в атмосфере, пропускает большую часть солнечных лучей и задерживает тепловое излучение Земли в мировое пространство, регулируя тепловой баланс планеты.

Вода входит в состав всех живых организмов: ткани живых организмов примерно на 70 % состоят из воды и поэтому В. И. Вернадский определил жизнь, как живую воду. Для многих организмов вода служит средой обитания. Вода - самое распространенное на Земле вещество. Общая масса гидросферы на нашей планете составляет около 1300 млн. км³. Вода в природе находится в газообразном, жидком и твёрдом состоянии. Моря и океаны занимают около 71 % земной поверхности, 10 % площади континентов занимают ледники, поэтому существует представление о неисчерпаемости водных запасов. Однако, гидросфера - самая тонкая геосфера Земли (средняя толщина её 3,8 км), кроме того, большая часть, свыше 98 % - это вода солёная.

Масса пресных вод составляет около 0,03∙10²¹ кг (35 млн. км³), или всего менеe 3 % от общих запасов воды на Земле, причем в жидком состоянии находится всего 0,6-1,0 % пресной воды. Большая часть пресных вод сосредоточена в ледниках и снежном покрове. На суше распределение водных ресурсов весьма неравномерно. Самым крупным пресноводным бассейном является озеро Байкал. Ресурсы пресных вод значительно увеличены за счет создания водохранилищ, которых насчитывается на земном шаре около1350. В пресных водах обычно преобладают ионы HCO₃, Са²⁺ и Mg²⁺. По мере увеличения общей минерализации растет концентрация ионов SO₄^2-, Сl^-, Na⁺ и К⁺. Прочие элементы содержатся в очень малых количествах, но почти все естественные элементы периодической системы найдены в природных водах. Из растворённых газов в природных водах присутствуют азот, кислород, углекислый газ, инертные газы, иногда сероводород и углеводороды. Концентрация растворённых в морской воде солей составляет около 3,5 %, по химическому составу это, в основном, ионы: Сl, Na⁺, SO₄^2-, Мg²⁺, а также Са²⁺ и К⁺. Соотношение главных ионов на протяжении миллионов лет остаётся постоянным, несмотря на непрерывный обмен веществ.

Большинство процессов, связанных с обменом веществ, в тканях живых организмов, могут протекать только в водной среде. Вода уникальна и незаменима как источник кислорода, поступающего в атмосферу при фотосинтезе, и является донором ионов водорода, используемых в фотосинтетических реакциях:

пСО₂ + мH₂О → (СН₂О)_п + мО₂↑.

Ресурсы поверхностных и подземных вод подразделяются на единовременные стационарные и возобновимые. Возобновимые ресурсы составляют динамическую часть круговорота воды, и скорость их возобновления выражается числом лет (или суток), необходимых для их полного возобновления. Например, для Мирового океана она составляет 3000 лет, для подземных вод 5000 лет, для полярных ледников – 8000 лет, а для речных вод – 10-14 суток. Ещё большая активность водообмена присуща запасам влаги в атмосфере, которые обновляются каждые 8-10 дней. Поэтому 25 миллиметрового слоя водяного пара в атмосфере хватает для обеспечения нормального функционирования многочисленных экосистем на Земле. Поэтому если научится использовать воду в объеме возобновления её в круговороте воды в биосфере, то источники водных ресурсов могут стать практически неисчерпаемыми.

Поверхностные воды сосредоточены в акватории Мирового океана и в континентальных водоемах.

Роль океана в жизни биосферы огромна: в нём протекает основное количество химических реакций, обуславливающих производство биомассы и химическую очистку биосферы. В Мировом океане обитают более 200 видов представителей флоры и фауны.

Континентальные водоемы подразделяются на две группы:

- естественные – реки, озера, болота, ручьи;

- искусственные – каналы, водохранилища, пруды.

При этом самое большое количество континентальных вод сосредоточено в реках. Количество воды, протекающее в единицу времени через поперечное сечение реки, называется её расходом. Расход реки в течение года – это её водность. Самая многоводная река мира Амазонка (17500 м³). Возвращая в Мировой океан испарившуюся воду, которая выпала на суше в виде осадков, реки являются посредниками в гидравлическом цикле. Ежегодный вынос воды реками называется жидким стоком, а вынос твердых частиц – твердым стоком, кроме того, реки обладают стоком растворенных веществ и биостоком: вынос речной водой различных организмов и их продуктов жизнедеятельности.

Антропогенное влияние на гидросферу огромно. На сегодняшний день деятельность человека охватывает практически всю акваторию океана: поверхностная зона служит для рыболовства и мореплавания; прибрежная зона - для получения биологических, минеральных, энергетических, рекреационных ресурсов (лат. recrcatio - восстановление), для интенсивного жилого и промышленного строительства; дно океана - зона добычи полезных ископаемых.

Главные потребители пресной воды распределяются следующим образом: около 70 % мирового водопотребления приходится на сельское хозяйство, 13 % - на промышленность, 10% - на коммунально-бытовые нужды, 7 % - на собственные нужды водного хозяйства (гидроэнергетика, судоходство, рыбное хозяйство и др.).

Удельное водопотребление на душу населения в разных странах различно, например, в США – 320 л в сутки, в Германии - 180, в Великобритании - 170, в Японии - 128, в Индии - 65, в Финляндии - 58, в Иране - 16, а в РФ – 150-200 в сутки (Москва - 400 л). Хотя для удовлетворения жизненных потребностей человека достаточно 5 л в сутки воды, с учетом нужд личной гигиены и бытовых потребностей расход воды возрастает на 40-50 л. Сегодня человечество расходует значительно больше воды, поэтому испытывает водный голод. Основной причиной современной деградации природных вод Земли является антропогенное загрязнение. Каждый год загрязняется около 15 млрд. т гидросферы.